平成18年度年次報告

（1）実施機関名

独立行政法人産業技術総合研究所

（2）研究課題（または観測項目）名

地震発生メカニズムに関する実験的研究

（3）最も関連の深い建議の項目

• 1．（4）ア．摩擦・破壊現象の物理・化学的素過程

（4）その他関連する建議の項目

• 1．（2）ウ．地震発生直前の物理・化学過程
• 1．（4）イ．地殻・上部マントルの物質・物性と摩擦・破壊構成則パラメータ

（5）本課題の平成16年度からの5ヵ年の到達目標と、それに対する平成18年度実施計画の位置付け

　地震発生およびそれに伴う現象発現に関わる素過程のうち、以下の研究を主に実験的手法を用いて行う。1）地球潮汐などの微小な外部擾乱が地震活動に及ぼす影響を実験的に解明するため、封圧や軸圧増加速度に微小な変動を与えた岩石破壊・摩擦実験を行い、亀裂群成長モデルや臨界点モデルを統合して外部擾乱に対する敏感性モデルを構築する。2）不均質性を有する岩石試料を用いて水の作用を考慮した岩石破壊・摩擦すべり実験を系統的に実施する。これらの実験結果および数値シミュレーションの手法を用いた解析により、地震発生過程における断層不均質および水の影響、前駆現象の時空間不均質性などについての知見を獲得する。3）地震発生域の温度圧力条件において摩擦実験を行い、より現実的な摩擦構成則に関する情報を得るとともに、断層を通過する弾性波の走時・波形を計測し、その伝播特性の時間変化を調べ、地震発生過程における断層の弾性波伝播特性の変化を実験的に評価する。4）地震に伴う電磁気異常発生モデル構築のため室内岩石破壊実験及び摩擦実験を実施し、岩石の破壊様式と電磁気異常発生の関係を明らかにする。5）臨界現象モデリングの手法を適用して岩石の破壊過程及び断層のすべり過程のモデルを構築する。
　平成18年度は、上記5項目の内、下記3項目に重点をおいて研究する。1）三軸圧縮破壊試験装置を用いた岩石破壊・摩擦実験において、応力に微小な変動を与える実験を開始する。2）岩石破壊、断層形成過程に及ぼす溶存ガス成分の影響について調べる。4）摩擦すべりに伴う電磁気変動の計測を引き続き実施するとともに、岩石破壊実験を行い、微小破壊の発生に伴う電磁気変動を計測し、発生メカニズムを明らかにする。

（6）平成18年度実施計画の概要

　1）三軸圧縮破壊試験装置を用いた岩石破壊・摩擦実験において応力に微小な変動を与える実験を行い、発生するAE波形を計測する。応力変動に対するAE活動のレスポンスが巨視的な破壊やすべりの発生が近づくとどのように変化するかを調べる。2）同一条件で行なわれた純水およびCO₂（二酸化炭素）を溶存した水を圧入した岩石破壊実験の結果を比較し、岩石破壊、断層形成過程に及ぼす溶存ガス成分の影響について調べる。3）平成17年度に引き続き摩擦すべり実験を行い、不安定すべりに伴う電磁気異常の発生が、静的な先行すべりの段階から発生しているのかに注目して調べる。岩石破壊実験を行い、発生する微小破壊の発生位置、発生メカニズムをAE波形を用いて決定する。同時に電磁場観測を行い、電磁気異常の発生と岩石の種類、微小破壊のメカニズムの関係を明らかにする。

（7）平成18年度成果の概要

　1）封圧を高精度で制御するシステムを開発した。今後、封圧の微小変動が岩石破壊過程に及ぼす影響を調べる実験を行う。軸圧制御システムを開発中。既存の実験データの詳細な解析を行い、AE活動の統計的性質の時間変化を調べ、巨視的破壊の直前に、エネルギー放射率の加速度的増加、b値の減少、フラクタル次元、相関距離の減少から増加への変化を特徴とするフェーズの存在が確認された（図1）。これらの特徴がクラック集団の競争的な成長モデルと臨界点モデルで統合的に説明できることを見出した。複数のパラメータの変化に着目することにより、巨視的破壊発生の予測の信頼性が増す。2）微小な弾性波速度変化を検出できるトモグラフィー手法を開発し、岩石への水の浸透が一様ではなく、局所的に進むことを明らかにした。3）岩石の固着・すべり実験を行い、すべりと電磁波放射が時間的にほぼ同時に起きていることを明らかにするとともに、より正確な時間関係を把握するためのすべり変位の直接測定を試みた。

（8）平成18年度の成果に関連の深いもので、平成18年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）

• 堤昭人・白井信正，岩石の破壊電磁気現象に関する実験的研究，構造地質，49，77-81，2006．
• Lei, X., Typical phases of pre-failure damage in granitic rocks under differential compression, Geological Society Special Book, 261, 11-29, 2006.
• Moura, A., Lei, X., and Nishizawa, O., Self-similarity in rock cracking and related complex critical exponents, J. Mech. Phys. Solid, 54, 2544-2553, 2006.
• Satoh, T., and Lei, X., Importance of AE study for fracture process of heterogeneous solid material - High-speed, multi-channel AE measurement system in Geological Survey of Japan/AIST -, NDE-2006 Proceedings, National Seminar on Non-Destructive Evaluation, 271-275, 2006.
• Lei, X., and Satoh, T., Indicators of critical point behavior prior to rock failure inferred from pre-failure damage, 431, 97-111, 2007.

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名

地質情報研究部門地震発生機構研究グループ

（10）問い合わせ先

• 部署等名：地質情報研究部門地震発生機構研究グループ
• 電話：029（861）3905
• E-mail：t.satoh@aist.go.jp